CN103597848A - 用于光网络通信系统的故障检测器 - Google Patents

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Abstract

一种故障检测方法,其包括步骤:收集光网络的操作参数,收集关于光网络的结构的信息,通过诊断引擎分析结构信息和操作参数来提供诊断输出,以及从诊断输出来推导光网络故障。收集的操作参数和收集的结构信息优选地存储在数据库(DB)中。操作参数与光网络的设备(类型)、服务质量(BER)和/或架构(ID)相关。从诊断输出导出的光网络故障可以涉及设备问题、互操作性问题和/或物理缺陷。诊断引擎通过使用判决树、贝叶斯网络技术和/或多元分类技术来生成诊断输出。

Description

用于光网络通信系统的故障检测器
技术领域
本发明涉及用于通信系统中的光网络的故障检测方法。
背景技术
随着IPTV解决方案、视频点播供应或三方服务的上升的市场发展,电信网络的系统性能和客户支持二者变得越来越迫切。由于物理链路(其通过有线或光纤向终端用户传输信息)已知是服务质量QoS的瓶颈,称为5530网络分析器TM的软件应用当前被开发以远程地诊断物理问题的源并且采取动作以改善性能。通过对于所有类型的请求不涉及人类的干预而帮助运营商来获得服务质量以及节省资金和时间。涉及5530网络分析器的附加信息可以在因特网的http://www.motive.com/products/display.php/network-analyzer-fiber处找到。
网络分析器的光纤版本称为NA-F,例如由Alcatel-LucentTM开发的5530NA-F。其已经被开发为监视一些无源光网络PON物理层参数以及估计一些物理QoS性能。
在图1处示出光网络的例子,并且更具体地为无源光网络PON的例子,并且其包括位于中心局(CO)处的光线路终端OLT和位于用户驻地处的一组关联的光网络终端ONT。位于它们之间的是包括光纤和无源分路器或耦合器的光分配网络ODN。光线路终端OLT提供光接入网的网络侧接口并且连接到一个或多个光分配网络ODN。
为了识别发生在无源光网络PON物理层的级别处的缺陷,现有的技术是光时域反射计OTDR。简言之,该技术允许通过检查反射的信号来识别一些物理缺陷,诸如坏的连接器或断的光纤以及它们的潜在位置。
OTDR的改进版本是嵌入在当前通信信号中的光时域反射计并且称为嵌入式OTDR。嵌入式OTDR不是完全的攻击性测量解决方案,因为这种类型的通过通信信号连续调制的测量可以被轻易地滤除而对性能没有显著的影响。
然而,缺点是对于正确地解译反射的轨迹并且推导出关于物理缺陷的存在和属性是高度困难的。另外,当无源光网络PON的拓扑如图1中所示那样对称地组织,则更加难以精确地定位潜在缺陷发生在PON的哪个部分(或哪些支路)。更坏的是,在若干个分路器(或甚至在主要的一个分路器)后,正确地测量反射的光信号并且因此从这些轨迹中抽取知识变得困难。此外,需要在长的时间段(例如在若干个小时)内对反射的信号求平均的处理。
最终,如所定义的,反射计是执行测量的“单端”方式,使用此类方式的测量无法导出关于影响或关于互操作性问题的信息。
换句话说,光时域反射计OTDR和嵌入式OTDR允许识别潜在的缺陷以及在无源光网络PON中定位它们。然而,为了提供精确的结果,主要问题是光时域反射计OTDR和嵌入式OTDR需要十分长的监视周期。
现有技术解决方案的另一个劣势在于其主要关注于通过将当前的测量数据与在相同OLT端口上执行的先前测量、测试系统数据或理论考虑进行比较,来识别在一个特定的光线路终端OLT端口上发生的物理问题。
开发算法和特征以便检测、区别和局部化在光网络中,并且更具体地在每秒吉比特无源光网络中,发生的不同类型的问题是即将来临的发行&策略的核心。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提供故障检测方法,其能够面对上述问题并且从用于诊断的“双端”测量获益。
根据本发明的特征实施例,由于所述方法包括以下步骤的事实而实现该目的:
-收集所述光网络的操作参数,
-收集关于所述光网络的结构的信息,
-通过诊断引擎分析结构信息和操作参数来提供诊断输出,以及
-从所述诊断输出推导出光网络故障。
由诊断引擎提供的诊断输出是新的类型的关于问题的解决方案,其在不影响服务的情况下被获得,即通过非侵入性的诊断技术。
本发明处理来自于多个光线路终端OLT端口的网络侧数据,知识从这些数据自抽取而没有任何的理论假设或先前和/或外部工具测量。这允许提供更广泛类型的诊断输出并由此光网络故障,并且将是自适应的并且因此更为可靠和时间有效。
本发明的关于上述光时域反射计OTDR或嵌入式OTDR技术的优势可以如下标识:
-不仅物理缺陷可以被标识,
-关于在主分路器之后发生的问题的声明仍可以被执行,
-网络侧数据收集允许更为一般的诊断(根本原因分析)并且不限于给定的OLT端口,
-可以推断出物理缺陷的位置,
-不需要在长的时间段期间监视端口,仅需要单次收集操作数据,
-可能对影响进行量化。
本发明的另一特征实施例在于所述方法进一步包括将收集的操作参数和收集的结构信息存储在数据库中的步骤。
通过这种方式,从运营商的网络直接取回并且适宜表征它的现实数据可以用于自动地学习对于诊断目的有用的模型。这提供除了需要有限的人类资源外更为精确的“个性化”的专家。
将注意到由Kapil Shrikhande等人于2008年12月15日提交并且于2010年6月17日公开的专利申请US2010/0150546-A1公开了一种用于管理无源光网络PON的计算机化系统和方法。该系统包括检测和分析模块,适于从光线路终端OLT和至少一个光网络终端ONT接收上传的测量数据,以及技术工具数据、服务故障数据和外部装置数据的至少一个。检测和分析模块适于通过将上传的测量数据以及技术工具数据和服务故障数据中的至少一个与存储在存储介质中用于OLT和每个ONT的信息进行相关,从而用于确定PON中的故障源或潜在故障。
参考基于GPON服务的该已知管理系统,本发明的优势在于:
-自适应于任意的运营商特定网络,
-在没有理论模型或外部工具测量的帮助下,从操作数据自动地学习,
-不需要先前的测量,由此更为容易并且更加时间有效,
-更为广泛的诊断类型(不仅仅物理缺陷),
-真正的根本原因识别,不仅报告“物理层问题”(问题间的区分,识别例如坏的设备的一般类型的问题),
-由于来自于不同的光线路终端OLO端口的数据被一起处理,可以导出关于例如装置互操作性的更为一般的问题的推断。
本发明的另一特征实施例在于所述操作参数涉及装置的操作参数、涉及服务质量和/或涉及所述光网络的架构。
对于发生在PON网络中的问题,本故障检测方法向运营商提供自动根本原因分析解决方案。这不仅允许做出在给定OLT端口上(连同它们各自的ONT)存在的物理缺陷的诊断,并且也允许提供更广泛类型的根本原因识别,例如装置类型问题或互操作性问题。
再次,本发明的另一特征实施例在于所述诊断输出由所述诊断引擎使用决策树,贝叶斯网络技术或多元分类技术来生成。
使用网络侧字段数据的快照图允许此类型的诊断而不需要使用理论模型或先前和/或外部工具测量。事实上,使用数据库直接学习规则和模型。
此外,由于该技术对于当前的光网络是自适应的,结果变得更为准确和更为可靠。
本发明也涉及用于通信系统的光网络中的故障检测的诊断引擎。
该诊断引擎适于收集操作参数和关于所述光网络的结构的信息,并且适于提供从其导出光网络故障的诊断输出。
更具体地,该诊断引擎优选地适于根据本发明的故障检测方法来操作,并且具有其所有的优势。
在所附权利要求中提到本诊断引擎和故障检测方法的进一步特征实施例。
将注意到在权利要求中使用的术语“包括”或“包含”不应该被解释为限于下面列出的装置。因此,例如“一种包括装置A和B的设备”的表达的范围不应该被限于仅包括装置A和B的设备的实施例。这意味着关于本发明的实施例,A和B是设备的必要装置。
类似地,将注意到也在权利要求中使用的术语“耦合”不应该被解释为限于仅直接连接。因此,例如“设备A耦合到设备B”的表达的范围不应该限于设备的实施例,其中设备A的输出直接连接于设备B的输入。这意味着可能存在A的输出和B的输入之间的路径,该路径可以包括其他的设备或装置。
附图说明
通过参考结合附图所做出的实施例的下面描述,本发明的上述和其他目标和特征将变得明显并且本发明本身将被最佳的理解,其中:
图1示出对称光网络的例子;
图2到图6示出具有如通过本发明的方法和设备所检测的不同光网络故障的光网络;以及
图7代表本发明的方法和设备的可能实现。
具体实施方式
本发明的故障检测方法和诊断引擎用于检测通信系统的光网络中的故障,并且更具体地但并非排他性地用于无源光网络PON或每秒吉比特无源光网络GPON中。
主要思想是收集网络范围的通信操作参数或数据,以便利用其连同关于光网络的结构的信息来构建知识系统,该知识系统能够表征光网络物理层缺陷并且能够执行根本原因分析,例如在物理的降级、设备通用问题或互操作性问题之间做出区分。
为此,知识系统(以下称为专家系统)被诊断引擎使用故障检测方法来创建并且使用,该故障检测方法包括训练阶段、监视阶段和检测阶段。
训练或建模阶段包括收集光网络的操作参数或数据以及收集关于该光网络的结构的信息的步骤。它们用于训练专家系统以便学习分类模型。
在监视阶段期间,更新的数据将被输入进训练的专家系统,以便提供主动性的诊断或用于保持数据库更新。
测试阶段取回给定端口的一些操作数据来馈入专家系统;专家系统给出关于涉及设备问题的光网络故障、互操作性问题和/或光网络的物理缺陷的诊断,在后面将对其进行更为详细地描述。
通过表征,当其有意义时,也报告关于缺陷位置的线索。实践中,一旦使用实际和网络范围字段数据对专家系统进行了训练,则能够合适地组合操作参数和结构,以便对请求的PON给出此类的诊断而不需要额外的测量并且没有服务中断。该解决方案也给出关于QoS影响的暗示。
在图1处示出光网络的例子,并且更具体地示出对称无源光网络PON的例子。光网络包括位于通信系统的中心局(CO)处的光线路终端OLT以及一组或多组关联的光网络终端ONT211-214;ONT221-224位于用户驻地(CPE)并且可以具有不同的类型。位于它们之间的是光分配网络ODN,其包括光纤OF10;OF11-12以及无源分路器或耦合器SP10;SP21-22。
更具体地,光分配网络ODN包括分路器SP10,光纤OF10与该分路器SP10连接,光纤OF10的另一端被连接到光线路终端OLT。分路器SP10进一步经由相应的光纤OF11和OF12连接到分路器SP21和SP22。分路器SP12经由相应的光纤OF211到OF214连接到光网络终端ONT211到ONT214,而分路器SP22经由无源光连接器CNT221和光纤OF221耦合到光网络终端ONT221,并且经由相应的光纤OF222到OF224连接到光网络终端ONT222和ONT224。
在图2到图6处示出光网络的另一例子。这里,可以通过嵌入在网络分析器应用的光纤版本NA-F中的诊断引擎来执行大数量的数据收集。
光网络分析器NA-F连接到若干个光数字订户线接入多路复用器DSLAM,诸如光纤到户光纤分配系统FTTH1到FTTHn,每个分别包括一个或多个板11、板12到板n1。
每个板包括两个光线路终端OLT,它们中的每个经由光纤和光分配网络ODN耦合到一组光网络终端ONT。
在图2到图6的例子中,光网络分析器NA-F连接到若干个光纤到户光纤分配系统FTTH1到FTTHn。
光纤到户光纤分配系统FTTH1包括不同类型的两个板:A类型板的板1A和B类型板的板1B。
板1A具有经由光纤OF1A1连接到光分配网络ODN1A1的第一光线路终端OLT1A1以及经由另一光纤OF1A2连接到另一光分配网络ODN1A2的第二光线路终端OLT1A2。
光分配网络ODN1A1进一步连接到四个光网络终端,即类型1的ONT1A1111、类型2的ONT1A1122、类型3的ONT1A1213和类型4的ONT1A1224,而光分配网络ODN1A2进一步连接到四个光网络终端,即,类型1的ONT1A2111、类型2的ONT1A2122、类型3的ONT1A2213和类型4的ONT1A2224。
更详细地,光分配网络ODN1A1包括分路器SP1A10,光纤OF1A1连接到该分路器SP1A10,并且分路器SP1A10进一步经由相应的光纤OF1A101和光纤OF1A102连接到分路器SP1A11和SP1A12。分路器SP1A11经由相应的光纤OF1A111和OF1A112连接到光网络终端ONT1A1111和ONT1A1122,而分路器SP1A12经由相应的光纤OF1A121和OF1A122连接光网络终端ONT1A1213和ONT1A1224。类似地,光分配网络ODN1A2包括分路器SP1A20,光纤OF1A2连接到该分路器,并且进一步经由相应的光纤OF1A201和光纤OF1A202连接到分路器SP1A21和SP1A22。分路器SP1A22经由相应的光纤OF1A211和OF1A122连接到光网络终端ONT1A2111和ONT1A2122,而分路器SP1A22经由相应的光纤OF1A221和OF1A222连接到光网络终端ONT1A2213和ONT1A2224。
光纤到户光纤分配系统FTTH1的板1B具有经由光纤OF1B1连接到光分配网络ODN1B1的第一光线路终端OLT1B1,以及经由另一光纤OF1B2连接到另一光分配网络ODN1B2的第二光线路终端OLT1B2。
光分配网络ODN1B1进一步连接到四个光网络终端,即类型1的ONT1B1111、类型2的ONT1B1122、类型3的ONT1B1213和类型4的ONT1B1224,而光分配网络ODN1B2进一步连接到两个光网络终端,即,类型1的ONT1B2111和类型2的ONT1B2122。
更详细地,光分配网络ODN1B1包括分路器SP1B10,光纤OF1B1连接到该分路器SP1B10,并且分路器SP1B10进一步经由相应的光纤OF1B101和光纤OF1B102连接到分路器SP1B11和SP1B12。分路器SP1B11经由相应的光纤OF1B111和OF1B112连接到光网络终端ONT1B1111和ONT1B1122,而分路器SP1B12经由相应的光纤OF1B121和OF1B122连接光网络终端ONT1B1213和ONT1B1224。光分配网络ODN1B2包括分路器SP1B21,光纤OF1B2连接到分路器SP1B21,并且分路器SP1B21进一步经由相应的光纤OF1B211和光纤OF1B212连接到光网络终端ONT1B2111和ONT1B2122。
最后,光纤到户光纤分配系统FTTHn包括类型A板的一个板BoardnA。
BoardnA具有经由光纤OFnA1连接到光分配网络ODNnA1的第一光线路终端OLTnA1以及经由另一光纤OFnA2连接到另一光分配网络ODNnA2的第二光线路终端OLTnA2。
光分配网络ODNnA1进一步连接到四个光网络终端,即类型1的ONTnA1111、类型5的ONTna1125、类型3的ONTnA1213和类型2的ONTnA1222,而光分配网络ODNnA2进一步连接到两个光网络终端,即,类型3的ONTnA2113和类型2的ONTnA2122。
更详细地,光分配网络ODNnA1包括分路器SPnA10,光纤OFnA1连接到该分路器SPnA10,并且分路器SPnA10进一步经由相应的光纤OFnA101和光纤OFnA102连接到分路器SPnA11和SPnA12。分路器SPnA11经由相应的光纤OFnA111和OFnA112连接到光网络终端ONTnA1111和ONTnA1125,而分路器SPnA12经由相应的光纤OFnA121和OFnA122连接光网络终端ONTnA1213和ONTnA1222。光分配网络ODNnA2包括分路器SPnA21,光纤OFnA2连接到分路器SPnA21,并且分路器SPnA21进一步经由相应的光纤OFnA211和光纤OFnA212连接到光网络终端ONTnA2113和ONTnA2122。
将注意到在实际中除其他以外,可以由光网络分析器NA-F的诊断引擎来收集、输入和处理涉及属于每个“光DSLAM”的PON的物理层操作数据,该“光DSLAM”可以是光纤到节点FTTN,光纤到户FTTH、或光纤到x的FTTx(其中x可以是用户、路边、建筑......)。此种大量的真实世界&网络范围数据可以被广泛地用于知识发现并且因此导致建议诊断系统。
由诊断引擎所实现的故障检测方法或数据分析的实施例存在于潜在的物理缺陷的检测和位置中,例如断的光纤或坏的连接器,关于不同类型的设备和互操作性问题。
更详细地,不同类型的问题连同在操作数据中看到的它们的症状可以定义为:
-板缺陷(故意地):对不同类型的ONT进行馈送的给定类型的板存在于它们连接的多数PON中,当对于类似PON中的其他类型的板没有特定问题时,稍微但显著地增加误比特率(BER)。概念上讲,如在图2处示出的,存在故意缺陷的板(这里类型A)可以通过关于连接到其他板的ONT所存在的低和稳定BER、稍微增加与它们的ONT中的大多数通信中的BER来识别;
-毁坏的/破坏的板:馈送不同类型的ONT的特定板存在于它的相应的特定PON中,当相同类型的板在它们的BER中不存在此类的显著增加时,稍微但显著地增加识比特率(BER)。如在图3处所示,毁坏的板可以通过关于连接到其他板的ONT所存在的低和稳定BER、稍微增加与属于其相应的PON的大多数它的ONT的通信中的BER来识别,无论它们是否来自相同的类型;
-ONT缺陷(故意地):由不同类型的板类型馈送的给定类型的ONT存在在它们连接的多数PON中,当对于类似PON中的其他类型的ONT没有特别问题时,稍微但显著地增加误比特率(BER)。概念上讲,如在图4处示出的,存在缺陷的ONT类型可以通过关于连接到其他类型的ONT所存在的稳定BER、稍微增加与大多数板的通信中的BER来识别;
-在给定类型的ONT和给定类型的板之间的互操作性问题:当对于在类似PON中的其他类型的板和ONT没有特定的问题时,在不同的PON中找到稍微但显著增加的误比特率(BER)。概念上讲,如在图5处示出的,给定类型的板和给定类型的ONT之间的交互性问题可以通过关于连接到其他类型的ONT所存在的稳定BER、稍微增加与当前类型的板的通信中的BER来识别。
-物理缺陷:对于它们的制造商或类型不具有依赖性的、属于给定的PON支路的大多数ONT关于发生在其他PON中的共同行为、存在显著地和高度增加的BER。根据针对给定PON而受影响的ONT的数目,可以推断出此类物理缺陷的可能位置。概念上讲,如图6处所示,可以通过一些ONT和给定OLT间的BER中的高增加来识别物理缺陷。也可以执行关于此类缺陷的位置的推断。
将注意到本实施例仅依赖于BER参数,而单独采用或组合一起来使用其他参数(例如,误比特计数器(BEC))也是可能的。
考虑从字段结果学习到的该知识,可以建议专家系统,以便在问题之间做出区分并且因此基于PON操作数据来提供诊断引擎。如上面已经提到的,构建和使用诊断引擎被划分如下:
-数据收集,能够收集网络范围PON操作参数和结构信息;
-训练阶段,可以被离线执行,学习如何组合操作参数以便提供能够执行诊断的专家系统。此类的专家系统可以使用判决树、贝叶斯网络或多元分类技术来实现。
-测试阶段,其中所选择的端口的即将到来的操作参数请求训练的专家系统,以便接收诊断。
实际中,通过诊断引擎运行本故障检测方法所创建和使用的专家系统使用下面的操作参数作为输入来设计:
-BER=a log10(BERus)+b log10(BERds),0<=a,b<=1
-BERdiff=a log10(BERus[t]-BERus[t-k])+b log10(BERds[t]-BERds[t-k]),0<=a,b<=1,k>=0
-ONT类型
-OLT类型
-板类型
-ONT端口标识符
-OLT端口标识符
-板标识符
并且被组合以便从PON操作数据返回根本原因诊断输出。这些诊断输出包括设备问题、互操作性问题、物理缺陷位置......。此类诊断引擎的可能实现的一种代表在图7中被扼要表示。这里,专家系统ES的输入包括3种不同类型的操作参数,分别为用于与设备类型相关的操作参数的IN-PARAM-EQ、用于与服务质量相关的操作参数的IN-PARAM-QoS,以及用于与拓扑相关的操作参数的IN-PARAM-TOPO。这些输入对应于上述的操作参数并且属于特定的端口。为了提供标识不同根本原因的合适诊断输出DIAG-OUT,即与设备问题相关的原因的OUT-EQ、互操作性问题的OUT-INT、针对物理缺陷连同它们的位置OUT-LOC的OUT-PHY,专家系统EP不得不被训练。为此,使用包含网络范围操作参数的数据库DB。
运行本故障检测方法的诊断引擎的优势在于:
-既不需要与技术人员工具数据或关于光线路终端OLT的先前信息进行相关,也不需要与存储在存储器中的光网络终端ONT相关;
-不需要理论模型,从网络范围字段数据来执行学习;
-不需要统计方法来比较测量和技术人员工具数据;
-对于给定的光网络终端ONT(或甚至给定OLT的ONT)不需要周期性的测量,使用网络范围的快照方法,而不是单端口瞬态分析;
-对给定光线路终端OLT端口(连同所有它的ONT)没有限制但关注在网络范围的方法上。这允许关于设备和互操作性问题的更广泛的结论,并且不仅仅是发生在一个特定光线路终端OLT端口上的问题。
最终声明是在上面以功能性块描述本发明的实施例。从上面给出的这些块的功能性描述,对于设计电子器件领域的技术人员来说将变得清楚的是这些块的实施例是如何可以以公知的电子组件来制造。因此,功能块的内容的详细架构并没有给出。
尽管上面结合特定的设备来描述了本发明的原理,将清楚的是该描述仅仅是通过例子来做出的,并且不作为对所附权利要求所限定的本发明的范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于通信系统中的光网络的故障检测方法,其特征在于所述方法包括步骤:
-收集所述光网络的操作参数,
-收集关于所述光网络的结构的信息,
-通过诊断引擎分析结构信息和所述操作参数来提供诊断输出,以及
-从所述诊断输出推导光网络故障。
2.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述方法进一步包括将收集的所述操作参数和收集的所述结构信息存储在数据库(DB)中的步骤。
3.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述操作参数与在所述光网络中使用的设备相关。
4.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述操作参数与所述光网络的服务质量相关。
5.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述操作参数与所述光网络的架构相关。
6.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述诊断输出由所述诊断引擎使用判决树来生成。
7.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述诊断输出由所述诊断引擎使用贝叶斯网络技术来生成。
8.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于所述诊断输出由所述诊断引擎使用多元分类技术来生成。
9.根据权利要求1所述的故障检测方法,其特征在于收集关于所述光网络的所述结构的信息的所述步骤被离线执行。
10.一种用于通信系统的光网络中的故障检测的诊断引擎,其特征在于所述诊断引擎适于收集操作参数和关于所述光网络的结构的信息,并且其特征在于所述诊断引擎适于提供从其导出光网络故障的诊断输出。
11.根据权利要求10所述的诊断引擎,其特征在于所述诊断引擎与适于存储所述操作参数和所述结构信息的数据库(DB)相关联。
12.根据权利要求10所述的诊断引擎,其特征在于所述诊断引擎根据判决树或贝叶斯网络技术来操作。
13.根据权利要求10所述的诊断引擎,其特征在于所述诊断引擎根据多元分类技术来操作。
14.根据权利要求10所述的诊断引擎,其特征在于所述诊断引擎形成网络分析器的一部分。
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